Auswaschung von Baumaterialien als Quelle von Mikroverunreinigungen in Gewässern

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Adolph Ackermann
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1 Auswaschung von Baumaterialien als Quelle von Mikroverunreinigungen in Gewässern Michael Burkhardt HSR Hochschule für Technik Rapperswil Institut für Umwelt- und Verfahrenstechnik Rapperswil, Schweiz

HSR Hochschule für Technik Rapperswil Institut für

2 Vorkommen von Mikroverunreinigungen 1 Stoff >0,1 µg/l (n=1355) Max. Konz. (µg/l) Mecoprop 26% 3.89 Isoproturon 6% 8.44 Muster gibt Hinweis auf Quelle = Massnahmen entwickeln 1 Balsiger, C. et al. (2007). Gewässerbelastung durch Pestizide. Gas, Wasser, Abwasser GWA, 3:

44 Muster gibt Hinweis auf Quelle = Massnahmen entwickeln 1 Balsiger,

3 Herkunft von Terbutryn lange unklar Konzentration [ µ g/l] n = 2142 ( ) Akute Toxizität Chronische Toxizität Anforderung GSchV 1.4 µg/l 0.17 mg/l 0.1 mg/l Frühjahr Herbst Monat Auswaschung aus Fassadenbeschichtungen (Algizid) 3

Anforderung GSchV 1.4 µg/l 0.17 mg/l 0.1 mg/l 0.

4 Wie erfolgt der Eintrag von Mikroverunreinigungen in Gewässer? Landwirtschaft Siedlung 4

5 Eintrag über Regenwasserkanäle von Trennsystemen 5

6 .. häufig unkontrolliert durch diffuse Einleitungen

7 durch Abwaschung von abflusswirksamen Flächen Metalldächer Kunststoff-/ Bitumendächer Metallfassaden WDVS-Fassaden Flughäfen Eisenbahn Parkplätze Strassen Dränierte Wiesen 7

8 Baumaterialien als mögliche Quellen Inhaltsstoffe Biozide Durchwurzelungsschutz UV-Filter Flammschutzmittel Stabilisatoren Netzmittel / Tenside Korrosionsschutzmittel Weichmacher Pigmente (Nanopartikel) Dächer Bitumenbahnen Kunststoffbahnen Fassaden Beton und Holz Putz und Farbe Zahlreiche organische Additive 8

Tenside Korrosionsschutzmittel Weichmacher Pigmente (Nanopartikel) Dächer

9 Beispiel: Biozide gegen Algen und Pilze an Fassaden 9

10 Wirkstoffe für Aussenfarben und Putze 1 Chemische Klasse Wirkstoff PSM PNEC 1 (ng/l) Marktrelevanz Triazine Irgarol 1051 (Cybutryn) NEIN 1 Keine Terbutryn NEIN 34 1 Phenylderivate Diuron JA 20 2 Isoproturon JA Isothiazolinone DCOIT (SeaNine) NEIN 8 5 OIT (Octhilinon) NEIN 13 2 Carbamate IPBC NEIN 26 3 Carbendazim JA 34 4 Metallorganik Zinkpyrithion NEIN mg/m 2 pro Biozid, 3-5 in Kombination Algizide von besonderem Umweltinteresse Burkhardt, M., et al. (2009): Biozide in Gebäudefassaden - ökotoxikologische Effekte, Auswaschung und Belastungsabschätzung für Gewässer. UWSF, 21(1):

IPBC NEIN 26 3 Carbendazim JA 34 4 Metallorganik Zinkpyrithion NEIN 3 1 200-2000 mg/m 2 pro Biozid, 3-5 in Kombination Algizide von besonderem

11 Beispiel: Durchwurzelungsschutz in Bitumenbahnen Durchwurzelungsschutz Wurzelfestigkeit wird mit Testat bestätigt ( WF ) Chemisch oder mechanisch (Metallnetz (Kupfer), Festigkeit (bei Kunststoffen)) Chemischer Schutz Mecoprop-Ester Preventol B2: nicht mehr auf dem Markt verfügbar Preventol RC: nur Testprodukt, nicht auf dem Markt verfügbar Herbitec : heute auf dem Markt Preventol B5: heute auf dem Markt Schutzmittel-Verbrauch (Referenzjahr 2008): t/a (Landwirtschaft 15 t/a) Anwendung Anwendung auf Flachdächern (Kiesdächer, Gründächer), Fundamentabdichtungen und begrünten Tiefgaragen Flachdachmarkt Schweiz: 5 Mio m 2 pro Jahr Bitumenanteil Schweiz 55-60% 11

verfügbar Herbitec : heute auf dem Markt Preventol B5: heute auf dem Markt Schutzmittel-Verbrauch (Referenzjahr 2008): 30-50 t/a (Landwirtschaft 15 t/a) Anwendung

12 Vorkommen im Regenwasserabfluss eines urbanen Einzugsgebiets 0.3 m 1.6 m 2.4 m 12

13 Instrumentierung 1 7 Monate 3 Regenkanal 4 Regenkanal 5 Einleitung 1.6 m 2.4 m 13

14 Algizid Terbutryn aus Farben und Putze Gewässer 0.1 μg/l Legende Bach Regenkanal 1 Probenahme ÜB Überbauung 470 μg/l (max. 770) μg/l (max. 0.27) μg/l (max. 1.8) m 2.4 m 0.07 μg/l (max. 0.31) 0.3 m 0.05 μg/l (max. 0.14) 14

470 μg/l (max. 770) 4 0.02 μg/l (max. 0.27) 1 3 0.

15 Durchwurzelungsschutzmittel Mecoprop aus Bitumenbahnen > m 2 WF-Bitumenbahnen auf Flachdächern / Fundamenten Legende Bach Regenkanal 1 Probenahme ÜB Überbauung μg/l (max. 13.8) μg/l (max. 4.6) 0.3 m 1.4 μg/l (max. 10) 1.6 m 2.4 m 1.8 μg/l (max. 6.8) 15

Regenkanal 1 Probenahme ÜB Überbauung 4 1.5 μg/l (max. 13.8) 1 3 2 0.

16 Ergänzende Prozessstudie: Auswaschung aus Fassaden 1 Kumulierter Fassadenabfluss (L/m 2 ) Versuchsdauer 372 Tagen Datum <6% vom Jahresniederschlag 1 RP-B Burkhardt, M. et al. (2012): Leaching of Biocides from Façades under Natural Weather Conditions. Environmental Science & Technology, 46 (10),

31.12. Datum <6% vom Jahresniederschlag 1 RP-B 2 3 4 Burkhardt, M. et al.

17 Biozide im Fassadenabfluss (Putz) Konzentration Terbutryn (µg/l) Einsatzmenge 2365 mg/m 2 je Biozid Datum Terbutryn Diuron Konzentration Diuron (µg/l) - Konzentrationsabnahme Faktor 10 (1 Jahr) - Auswaschverluste 1-20% (mg/m 2 bis g/m 2 ) 17

31.7. Datum Terbutryn Diuron 31.8. 1.10. 31.10. 1.12.

18 Medien Interesse an Problemen, aber kaum an Maßnahmen 18

19 Maßnahme: Produktoptimierung von Rezeptur 1 Austragsmenge (%) Putze (gleiche Wirkstoffmenge) R-A P-B P-C R-F 0 Terbutryn Irgarol Isoproturon Diuron IPBC OIT DCOIT ZnPT Formulierung beeinflusst Auswaschung (optimierte Formulierung geringere Auswaschung) Wangler, T.P. et al. (2012): Laboratory scale studies of biocide leaching from building façade materials. Building and Environment, 54:

beeinflusst Auswaschung (optimierte Formulierung geringere Auswaschung) Wangler, T.P. et al.

20 Maßnahme: Verkapselung von Wirkstoffen 1 Konzentration (µg/l) 3'000 2'500 2'000 1'500 1' frei verkapselt Diuron Kumulativer Austrag (%) frei verkapselt Diuron Beregnungs-Intervall (-) Beregnungs-Intervall (-) Wirkstoffeinbettung beeinflusst Auswaschung (Verkapselung ist win-win: gut für Umwelt und Befallschutzdauer) Burkhardt, M. et al. (2011): Auswaschung von verkapselten Bioziden aus Fassaden. Bericht für BAFU, Bern, 13 S. 20

Beregnungs-Intervall (-) Wirkstoffeinbettung beeinflusst Auswaschung (Verkapselung ist win-win: gut für Umwelt und

21 Maßnahme: Stoffe mit geringerer Auswaschung einsetzen 1 Mecoprop wird aus Preventol B2 rund 10-20mal stärker ausgewaschen als aus Herbitect und Preventol B5 Concentration (µg/l) Preventol B2 Herbitect Stoff mit gleicher Wirkung durch weniger mobilisierbaren ersetzt (nur noch WF-Bitumenbahnen mit Herbitect und Preventol B5) Burkhardt, M. et al. (2008): Mecoprop in Bitumenbahnen - Auswaschung von Mecoprop aus Bitumenbahnen und Vorkommen im Regenabwasser. Forschungsbericht, S. 28. Burkhardt, M. et al. (2011): Leaching of additives from construction materials to urban storm water runoff. Water Science & Technology, 63(9):

22 Maßnahmen noch angezeigt 1 BHT = 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol Burkhardt, M. et al. (2010): Auswaschung von Additiven aus Kunststoffdichtungsbahnen unter Einwirkung von Wasser. Bericht, Zürich, 37 S. 22

23 Maßnahmen «End-of-Pipe» Dächer aus inerten Materialien, Gründächer ohne pestizidhaltige Materialien Flächen mit 5-10% Metallanteil (>20 m 2 Adsorber empfohlen) gering mittel Flächen mit >10% Metallanteil (>50 m 2 Adsorber obligatorisch) Dächer mit pestizidhaltigen Materialien hoch Schmutzwasser- Kanalisation Regenwasserabflüsse von Dachflächen mit pestizidhaltigen Materialien oder pestizidhaltigen Isolationsanstrichen / Folien sind verschmutzt und müssen in die Schmutzwasser-Kanalisation abgeleitet werden. 1 1 VSA, Regenwasserentsorgung - Richtlinie zur Versickerung, Retention und Ableitung von Niederschlagswasser in Siedlungsgebieten. Zürich. 23

24 Dezentrales Behandlungsverfahren für Schwermetalle Granuliertes Eisenhydroxid mit Kalk angereichert (für Kupfer, Zink) METAS Gebäude in Wabern BE Und wie lassen sich Pestizide zurückhalten? 24

25 Adsorber im Test (31 synthetische Materialien, 7 Böden) 1 Materialien TS [%] Eisenhydroxide (n=5) EH1 (GEH 105 M) 80 EH3 (FerroSorp) 91 EH5 (Bayoxide) 96 IO-tauscher / Ads.-harze (n=6) IO1 99 IO4 48 IO6 40 Aktivkohle (n=6) AC1 (Norit ROW 0.8) 98 AC2 (Norit NRS ) 99 AC6 99 Materialien TS [%] Mischadsorber (n=6) MA2 94 MA5 94 MA6 95 Sonstige (n=8) SO1 100 SO2 94 Boden (n=7) LUFA LUFA LUFA SABA 5 85 Burkhardt, M., et al. (2011): Verschmutzte Regenwasserabflüsse. Umwelt Perspektiven, 5:

26 Substanzen: Biozide, Pflanzenschutzmittel & Schwermetalle Nr. Stoff Anwendung und Vorkommen logk ow WL (mg/l) 1 Metamitron Landwirtschaft Carbendazim Fassaden, Holzschutzmittel Bromacil Herbizid an Bahnanlagen DEET Gegen Mücken/Insekten Isoproturon Fassaden, Landwirtschaft Diuron Fassaden, Landwirtschaft Terbuthylazin Für Kühl- /Verfahrenssysteme, Landwirtschaft Mecoprop Bitumenbahnen, Grünflächen / Landwirtschaft Propiconazol Holzschutzmittel Terbutryn Fassaden Diazinon Gegen Insekten / Spinnen Irgarol 1051 Antifouling in Schiffanstrichen Kupfer Baumaterial, Pflanzenschutzmittel (Moos, Pilze) - 14 Zink Baumaterial, Biozid (ZnPt, ZnO) - 26

27 Elimination von Kupfer und Zink 100% 90% Elimination Schwermetalle 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Elimination >90%: 18 Materialien SO4 SO5 EH2 SO7 SO8 IO2 IO1 SO6 AC4 IO3 AC1 AC5 AC3 MA5 SO2 AC6 MA6 IO5 AC2 SO1 BO6 IO6 MA2 IO4 MA1 MA4 EH3 MA3 EH4 EH1 EH5 SO3 grün: Elimination >90%; rot: Referenzboden SABA 5 27

28 Elimination von Pestiziden 100% Elimination Pestizide 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Elimination >90%: 12 Materialien SO3 EH4 EH3 MA1 EH1 SO4 BO6 MA4 SO1 EH2 EH5 SO2 SO7 SO8 SO5 SO6 IO5 MA5 IO4 MA6 AC4 IO2 IO6 MA3 AC5 MA2 AC6 AC1 AC3 IO1 AC2 IO3 grün: Elimination >90%; rot: Referenzboden SABA 5 28

29 Schlussfolgerungen Baumaterialien enthalten organische Additive Quellen nicht sichtbar (Stoffherkunft unklar anders bei Zink und Kupfer) Kunststoffdichtungsbahnen: Weichmacher, Bisphenol A, Biozide, Benzothiazol, Phenole, Trichlorethylphosphat, Thiocyanate Holz: Tolylfluanid, Dichlofluanid, Propiconazol, Tebuconazol, Permethrin Eisenbahnschwellen: Creosote Beton: EDTA, Thiocyanat, Chloracetamide, Bindemittel, Nonylphenolethoxylate Mögliche Stoffauswaschung erfolgt diffus Hohe zeitliche Dynamik in kleinen Gewässern, da abhängig von Witterung, Materialalter/-art und Einzugsgebiet Vorkommen stellt nicht zwingend ein Risiko dar Viele Stoffe nicht nachweisbar in der Umwelt Was ist zu tun? Maßnahmen an der Quelle und End-of-Pipe entwickeln Relevanz von Puls-Belastungen klären Kleine urbane Fließgewässer überwachen Zusammenarbeit von Materialwissenschaftlern und Umweltwissenschaftlern Ganzheitliche Betrachtung von Baumaterialien 29

30 Danke Partner Eawag, Abteilung Umweltchemie Empa, Abteilung Bautechnologien Universität Duisburg-Essen Hersteller (Additive, Farbe/Putz, Dichtungsbahnen) Förderung Bundesamt für Umwelt (BAFU) Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft (AWEL), Zürich Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 30

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